Respiración celular: Crash Course Biología #27
Summary
TLDREl video ofrece una visión detallada del proceso de respiración celular, destacando la importancia de las mitocondrias como los 'motores' de las células. Se explica que la energía se almacena en moléculas de ATP, las cuales son esenciales para mantener la homeostasis y otros procesos vitales. La respiración celular, un proceso constante y rápido, se divide en tres etapas principales: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. Estas etapas trabajan en conjunto para convertir glucosa en energía ATP, liberando dióxido de carbono y agua como productos finales. El video también menciona la respiración anaeróbica y la fermentación como métodos de energía alternativas en ausencia de oxígeno. Finalmente, se destaca la complejidad y la vitalidad de este proceso para todos los organismos multicelulares que respiran oxígeno.
Takeaways
- 💪 Las mitocondrias son esenciales para la energía celular, al transformar los nutrientes y oxígeno en ATP, la moneda de la energía en el cuerpo.
- 🔋 El ATP es una molécula que actúa como una batería recargable, esencial para impulsar muchos procesos celulares, incluyendo el mantenimiento del homeostasis.
- 🌱 La respiración celular es un proceso constante y esencial en los organismos multicelulares que respiran oxígeno, y ocurre en tres etapas principales: glucólisis, ciclo del ácido cítrico y fosforilación oxidativa.
- 🔄 La glucólisis es el primer paso en la respiración celular, donde la glucosa se descompone en piruvato, generando un pequeño monto de ATP y NADH.
- ⚙️ El ciclo del ácido cítrico, también conocido como ciclo de Krebs, es donde se produce más ATP, NADH y FADH2, y es un proceso cíclico que ocurre dos veces por cada molécula de glucosa.
- 🚨 La fosforilación oxidativa es la etapa final de la respiración celular, donde se genera la mayor parte del ATP, aprovechando el gradiente de protones creado por la cadena de transporte de electrones.
- 🔵 La cadena de transporte de electrones en la mitocondria es crucial para la generación de energía, ya que los electrones viajan a lo largo de la cadena liberando energía que se utiliza para bombear protones.
- 🚬 El proceso de respiración celular produce dióxido de carbono y agua como desechos, que son los productos finales de la descomposición controlada de la glucosa.
- 🌌 A pesar de ser una reacción lenta en comparación con una fogata o una explosión, la respiración celular es extremadamente rápida en términos de escala humana, generando alrededor de 10 millones de moléculas de ATP por segundo en una célula.
- 🌿 Además de la respiración celular, los organismos como las bacterias pueden realizar respiración anaeróbica y fermentación para producir energía sin necesidad de oxígeno.
- 🎓 La respiración celular es un proceso complejo pero fundamental para la vida, permitiendo a las células del cuerpo humano y otros organismos realizar sus funciones y mantener la energía requerida para el funcionamiento normal.
Q & A
¿Qué es la mitocondria y qué función desempeña en la célula?
-La mitocondria es un organelo celular que actúa como el 'motor de la célula', ya que se dedica a transferir la energía de los alimentos y el oxígeno en ATP, que es la energía que necesitamos para realizar todas nuestras actividades.
¿Cómo se almacena la energía en nuestro cuerpo?
-La energía en nuestro cuerpo se almacena en una molécula llamada ATP (adenosina trifosfato), que funciona como una batería recargable y se puede llenar de energía una y otra vez.
¿Por qué es importante la respiración celular?
-La respiración celular es un proceso tremendamente importante para todos los organismos multicelulares que respiran oxígeno, ya que es la forma en que se utiliza la comida y el oxígeno para energizar nuestras células.
¿Cuál es el proceso de reciclaje de ATP y cómo se relaciona con la respiración celular?
-El proceso de reciclaje de ATP implica la creación y ruptura de moléculas de ATP en un ciclo continuo, que es un trabajo constante para nuestras células. Este proceso es esencial y es conocido como la Respiración Celular.
¿Qué es la glucólisis y qué ocurre durante este proceso?
-La glucólisis es la primera etapa de la respiración celular en la que se rompe la glucosa, un azúcar simple obtenido de los carbohidratos. Este proceso produce 2 moléculas de ATP, 2 moléculas de piruvato y 2 moléculas de NADH.
¿Cómo se relaciona el ciclo de Krebs con la producción de ATP y otros productos?
-El ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico, es una parte del proceso de respiración celular que produce 2 moléculas adicionales de ATP, 3 moléculas de NADH y 1 molécula de FADH2, además de 2 moléculas de dióxido de carbono.
¿Cuál es el propósito de la cadena de transporte de electrones en la mitocondria?
-La cadena de transporte de electrones en la mitocondria tiene dos funciones principales: aceptar electrones de las moléculas de transporte y, mediante el movimiento de estos electrones, liberar energía química que se transforma en energía mecánica para bombear protones.
¿Cómo se forma el gradiente de protones en la mitocondria y cuál es su importancia?
-El gradiente de protones se forma por el bombeo de protones al espacio intermembranoso de la mitocondria, lo que aumenta su concentración y crea un gradiente. Este gradiente es importante porque es la fuerza que mueve a los protones a través de la ATP sintasa, lo que produce ATP.
¿Cuál es el resultado final de la respiración celular y cuántas moléculas de ATP se producen por cada molécula de glucosa?
-El resultado final de la respiración celular es la producción de ATP, dióxido de carbono y agua. Por cada molécula de glucosa, se producen aproximadamente 30 moléculas de ATP.
¿Cómo se relaciona la respiración celular con la fotosíntesis?
-La respiración celular y la fotosíntesis son procesos complementarios. Mientras que la respiración celular utiliza oxígeno y produce dióxido de carbono, la fotosíntesis utiliza dióxido de carbono y produce oxígeno, lo que proporciona el oxígeno necesario para la respiración celular.
¿Por qué es importante la producción de ATP para el funcionamiento de nuestro cuerpo?
-La producción de ATP es crucial para el funcionamiento de nuestro cuerpo porque es la fuente principal de energía que impulsa todos los procesos y reacciones celulares, permitiendo que nuesto complejo cuerpo funcione adecuadamente.
Outlines
💪 Mitocondria: Los motores de la célula
Este párrafo introduce la mitocondria como los motores de las células, responsables de transformar la energía de los alimentos y el oxígeno en ATP, la moneda de la energía celular. Se destaca la importancia de la respiración celular, un proceso esencial en todos los organismos multicelulares que respiran oxígeno. Además, se menciona que, aunque la respiración celular ocurre en segundo plano, es crucial para nuestra vida y que el ATP es esencial para mantener el homeostasis en el cuerpo humano.
🔄 Proceso de la respiración celular
Se describe el proceso de respiración celular en tres etapas principales: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. La glucólisis es el primer paso que ocurre en el citoplasma y transforma la glucosa en piruvato, generando un poco de ATP y NADH. El piruvato luego entra en la mitocondria y se convierte en un compuesto de dos carbonos que inicia el ciclo de Krebs, donde se produce más ATP, NADH y FADH2. Finalmente, la fosforilación oxidativa en la mitocondria es donde se genera la mayor parte del ATP, utilizando el gradiente de protones creado por el transporte de electrones a través de la cadena de transporte de electrones.
🌊 Flujo de protones y producción de ATP
Este párrafo detalla cómo la energía química liberada por los electrones en la cadena de transporte de electrones se transforma en energía mecánica para bombear protones hacia el espacio intermembranoso de la mitocondria, creando un gradiente de protones. Este gradiente es similar a una represa, y el flujo de protones a través del canal de la ATP sintasa, que tiene forma de flor, es similar al movimiento de un generador hidroeléctrico. La rotación de la ATP sintasa provocada por el flujo de protones resulta en la síntesis de ATP, que es utilizado por todas las células del cuerpo para sus funciones.
Mindmap
Keywords
💡Mitocondria
💡Respiración celular
💡ATP (Adenosina trifosfato)
💡Glucólisis
💡Ciclo de Krebs
💡Fosforilación oxidativa
💡NADH y FADH2
💡Gradiente de protones
💡Homeostasis
💡Electrones
💡Fermentación
Highlights
Las mitocondrias son los motores de las células, transferiendo la energía de los nutrientes y el oxígeno a la forma de ATP que necesitan nuestras células para funcionar.
La respiración celular es un proceso esencial para todos los organismos multicelulares que respiran oxígeno.
El ATP es la molécula donde se almacena la energía en nuestro cuerpo, comparándose con una batería recargable.
El ser humano promedio necesita usar más de 45 kilos de ATP al día para mantener los procesos corporales.
La respiración celular es un proceso de reciclaje continuo de moléculas de ATP, esencial para la energía celular.
La glucólisis es la primera etapa de la respiración celular, donde se descompone la glucosa en piruvato, generando ATP y NADH.
El ciclo del ácido cítrico, también conocido como ciclo de Krebs, es la segunda etapa donde se produce más ATP y se generan dióxido de carbono.
La fosforilación oxidativa es la tercera y última etapa de la respiración celular, donde se genera la mayor parte del ATP.
La cadena de transporte de electrones en la mitocondria es crucial para la generación de energía a través del movimiento de protones.
El gradiente de protones en la mitocondria es esencial para la producción de ATP a través de la ATP sintasa.
La respiración celular es un proceso extremadamente rápido, generando alrededor de 10 millones de moléculas de ATP por segundo en una célula.
La respiración celular no solo es constante sino que también ocurre a una velocidad impresionante a la escala humana.
La mitocondria es esencial para que nuestro cuerpo tenga la energía suficiente para realizar actividades como correr y bailar.
El proceso de respiración anaeróbica y la fermentación son métodos alternativos de energía en ausencia de oxígeno.
La producción de ATP a través de la respiración celular es un proceso altamente eficiente y controlado que evita la liberación de energía en forma de llamas o explosiones.
La energía generada por la respiración celular es vital para mantener el homeostasis y equilibrio en nuestro cuerpo.
La colaboración entre HHMI BioInteractive y Crash Course Biología ofrece recursos educativos para el desarrollo profesional y el salón de clases.
Transcripts
De seguro has escuchado- ¡la mitocondria es el motor de la célula!
Y bueno, seguro te has cansado de escuchar eso,
pero los dichos se convierten en dichos porque casi siempre son la manera más
sencilla de expresar una idea, en las buenas y en las malas - mira,
¡ahí hay otro!
Pero en este caso, las mitocondrias realmente son los motores de las células.
Estos organelos se encuentran dentro de tus billones de células y se dedican a
transferir la energía de lo que comes y el oxígeno, a la energía que necesitas para
poder hacer todo lo que haces - desde mandar un mensaje de texto hasta correr un maratón.
Las mitocondrias son sumamente importantes en la respiración celular,
el proceso en el que se usa la comida y el oxígeno para energizar a nuestras células.
Y muchas veces damos por descontado a la respiración celular.
Después de todo, ocurre tras bambalinas, y pasa completamente desapercibida.
Pero es un proceso tremendamente importante para todos los organismos
multicelulares que respiramos oxígeno.
¡Hola! Soy Mini Contreras y esto es Crash Course Biología.
[MÚSICA TEMA]
La energía en nuestro cuerpo se guarda en una molécula llamada ATP o adenosina trifosfato.
El ATP es como una batería recargable - se puede llenar de energía una y otra vez.
Y esta energía se usa para impulsar muchos procesos celulares muy importantes - como
asegurar que nuestros cuerpos puedan mantener la homeostasis, o sea,
regular nuestros cuerpos manteniendo todas las cosas que necesitamos en equilibrio.
Esto es lo que nos permite funcionar de manera relativamente estable,
inclusive cuando cambian las condiciones a nuestro alrededor, como cuando nuestro cuerpo
suda para deshacerse de energía térmica, o cuando temblamos para generar calor.
¡El ser humano promedio necesita usar más de 45 kilos de ATP todos los días!
Pero, al igual que el dinero, el ATP no cae del cielo.
Nuestros cuerpos necesitan crear y romper moléculas de ATP en un proceso de reciclaje
continuo que prácticamente es un trabajo de tiempo completo para nuestras células.
Ese trabajo es la Respiración Celular.
Verás, tú y yo, al igual que los insectos, los osos, las aves, y los peces somos
organismos aeróbicos, lo cual quiere decir que necesitamos oxígeno para vivir y crecer.
Y con ayuda del oxígeno, nuestras células pueden liberar energía de
todo lo que comemos y guardarla en forma de ATP.
Pero es importante saber que hay organismos como las bacterias, que pueden liberar y guardar
energía sin necesidad de oxígeno, a través de un proceso llamado respiración anaeróbica.
Y también tienes la fermentación, un proceso que tampoco requiere oxígeno,
gracias al cual tenemos masa madre, vinagre, yogurt, y cerveza.
Dicho de otra forma, el proceso de respiración celular es como
tener millones de pequeñas fogatas ardiendo dentro de tus células.
El oxígeno y la glucosa son como el combustible de este proceso,
y vienen del aire que respiras y de la comida que consumes, especialmente de los carbohidratos.
Y los productos son dióxido de carbono y agua.
A diferencia de una fogata, en donde los carbohidratos de la
madera se queman rápido para emitir energía en forma de luz y calor,
el proceso de descomposición de comida a través de la respiración celular libera
energía de forma lenta y controlada a través de muchas reacciones químicas,
para que la energía se use para formar moléculas
de ATP en lugar de liberarse en forma de llama o, bueno, una explosión.
La respiración celular combina varias rutas metabólicas, que son reacciones
químicas vinculadas y que ocurren dentro de tus células para completar un proceso.
Es como una máquina de rube goldberg, en donde una reacción activa la reacción que le sigue,
y luego esa activa la reacción que le sigue, y así sucesivamente.
Este proceso necesita algo de ATP para poder empezar, pero una vez que termina,
se produce bastante más ATP que lo que se necesitó al principio.
Como dice el dicho, para ganar dinero tienes que gastar dinero.
Pero bueno, ¿cómo funciona realmente este sistema complicado, que está
ocurriendo en todo momento en todas nuestras células?
La respiración celular ocurre en tres etapas principales.
Empezamos con la glucólisis, en la que se rompe la glucosa,
un azúcar simple que obtenemos al comer carbohidratos.
Verás, la glucosa no nos sirve realmente en esta forma,
es como si fuera el tipo de moneda incorrecta.
Porque la “moneda” de la energía en la célula es el ATP.
¿Y qué haces en un país que no aceptan tu moneda?
¡La cambias!
La glucólisis es el primer paso en ese sistema cambiario celular.
Ocurre en el citoplasma, que es la sustancia gelatinosa que hay en el interior de la célula.
Diez enzimas diferentes - imagina que son pequeñas empleadas del banco- se dedican a catalizar,
o acelerar, las diez reacciones químicas que rompen la glucosa.
Cada una le hace un pequeño cambio a la moneda y se la da a la siguiente cajera.
La última empleada te da una molécula de tres carbonos llamada piruvato,
una sustancia de transición que se vuelve un reactivo crucial en
otros procesos como el ciclo del ácido cítrico o la respiración anaeróbica.
La glucólisis resulta en la producción neta de 2 moléculas de ATP, la moneda que
queremos, dos moléculas de piruvato, y dos moléculas de NAD+, una molécula portadora.
Verás, en el Banco Nacional de la Célula también tenemos unas
monedas de protones y electrones que se pueden intercambiar por todavía más ATP.
Guardaremos estas monedas pegadas a esta molécula de NAD+.
Al terminar la primera etapa, esta molécula mueve dos electrones y un protón – en forma
de una molécula de NADH --, que se va utilizar en el último paso de la respiración celular.
Pero no pongamos la carreta delante de los bueyes.
Una vez que termina la glucólisis,
comienza la preparación para la segunda etapa - el ciclo del ácido cítrico.
El piruvato se mueve del citoplasma hacia la mitocondria.
Una vez ahí, una enzima procesa al piruvato, para conseguir más energía.
La enzima oxida al piruvato, quitándole un par de
monedas de electrones para que se puedan usar después.
En este paso es de donde se empieza a generar el dióxido
de carbono que caracteriza a la respiración celular.
Una molécula de CO2, - que en algún momento va a salir de tu cuerpo, quizás con un poco de mal
aliento - se separa del piruvato y deja un producto que sólo tiene dos carbonos.
Y esta molécula de dos carbonos es lo que se usa para echar a andar la vía metabólica que
caracteriza a la respiración celular, el ciclo del ácido cítrico, también llamado ciclo de Krebs.
Cuando una molécula de dos carbonos se une a una molécula de cuatro carbonos,
el oxaloacetato, se forma un producto que tiene seis carbonos, ácido cítrico.
Es un proceso complicado, con muchos pasos, pero en resumen,
participan varias enzimas que remueven dos de los carbonos para producir otras
dos moléculas de dióxido de carbono, que se liberan con un poco más de mal aliento.
Además de CO2, en el ciclo del ácido cítrico se producen otras dos moléculas de ATP,
tres moléculas de NADH, y una molécula adicional para acarrear electrones y protones llamada FADH2.
El ciclo del ácido cítrico es… bueno, cíclico.
Así que al final regresamos a un compuesto de
cuatro carbonos - el mismo compuesto de cuatro carbonos con el que empezamos.
Esta molécula de cuatro carbonos se une con una
nueva molécula de dos carbonos y así empieza el ciclo de Krebs otra vez.
Y esto ocurre dos veces por cada molécula de glucosa con
la que se inicia la respiración celular.
Y con esto llegamos al último paso de la respiración celular - la tercera etapa,
la fosforilación oxidativa.
Esta también ocurre dentro de la mitocondria, que es donde se genera la mayor parte del ATP.
Si los primeros dos pasos del proceso son como ir al banco,
la fosforilación oxidativa es como ir a la casa de la moneda, donde se imprime el dinero.
Aquí, chiqui-pum, chiqui-pum, chiqui-pum.
Verás, la mitocondria tiene una estructura muy
particular que permite que ocurra esta reacción sumamente peculiar.
Tiene una membrana externa con grandes poros que permiten que
entren y salgan muchos compuestos químicos, y una segunda membrana plegada en su interior.
Pegados a la membrana interna, encontramos los enormes complejos de proteínas de la
cadena de transporte de electrones, que tiene dos trabajos principales.
El primero es aceptar los electrones que son acarreados por las moléculas de transporte que
hemos mencionado, una vez que estas están en el espacio que queda en medio de ambas membranas.
Una vez en la cadena de transporte de electrones,
los electrones viajan de una molécula aceptora a otra, volviéndolas más estables.
Por lo tanto, en cada paso se libera energía.
La energía química se transforma en energía mecánica que permite que varios de los complejos
proteínicos de la cadena de transporte de electrones hagan su segundo trabajo:
el bombeo de protones.
Los protones que están en la matriz de la mitocondria ahora se necesitan
en otra parte del organelo: en el espacio intermembranoso, que como su nombre lo indica,
es el espacio entre la membrana interna y externa de la mitocondria.
Y la energía que se libera cuando los electrones se mueven a lo largo de la
cadena de transporte de electrones es lo que los lleva a este espacio.
Así que los protones son transportados activamente
gracias a la energía que es liberada en las etapas previas del proceso.
El bombeo de protones mete un montón de protones al espacio intermembranoso,
lo cual aumenta su concentración.
Esto crea un gradiente de protones, donde la cantidad de protones es
mucho mayor entre las membranas en comparación con la matriz.
Es algo así como una represa.
Un lado de la represa tiene mucha más agua que el otro,
y si abrimos un canal, el agua del lado lleno va a fluir con muchísima fuerza.
Esta fuerza se puede utilizar para mover
generadores hidroeléctricos y así producir electricidad.
Un proceso muy parecido ocurre con la
concentración de protones en el espacio intermembranoso.
Los protones tienen un camino para llegar a la matriz a través de un
canal que forma una enzima llamada ATP sintasa.
Tiene forma parecida a una flor, con el tallo dentro de la membrana interna de la mitocondria.
Los protones entran al canal desde el espacio intermembranoso y regresan a la matriz,
moviéndose de una concentración alta a una concentración baja, para equilibrar el gradiente.
El movimiento de los protones mueve a la ATP Sintasa como si fuera un carrusel,
proporcionando la fuerza que se necesita para hacer girar a la ATP Sintasa, de manera parecida a
como el agua mueve un generador hidroeléctrico en una represa para generar electricidad.
Esta rotación genera movimiento a lo largo de todo el tallo de la enzima.
En la última etapa de la respiración celular,
el movimiento de los protones activa a la ATP sintasa, que genera un montón de
ATP - alrededor de 30 moléculas por cada molécula de glucosa con la que empezamos.
Entonces, la tasa de cambio para una molécula de glucosa es 30 ATP.
¿Y qué le pasa a todos los electrones después de viajar a través de la cadena de electrones?
Pues se mueven hacia una molécula compuesta por dos átomos de oxígeno.
Y para equilibrar las cargas negativas de los electrones,
los átomos de oxígeno aprovechan para agarrar unos protones y así formar moléculas de agua.
¡Uffff, esto es un montón de información! Con el tiempo y la paciencia, se adquiere la ciencia.
Vamos a tomarnos un respiro para repasar todo eso.
La respiración celular comienza afuera de la mitocondria, con la glucólisis.
La glucólisis utiliza la glucosa de lo que comes para producir piruvato,
un poco de ATP y NADH, comenzando el proceso de cambio de divisas.
El piruvato se mueve dentro de la mitocondria en donde se oxida,
y se convierte en un compuesto de dos carbonos.
Este compuesto químico entra al ciclo del ácido cítrico en donde varias enzimas se
dedican a descomponerlo, hasta producir el dióxido de carbono que exhalamos.
También se producen un poquito más de ATP y NADH.
Y mientras ocurre todo eso, los electrones y los protones, o H+,
que se remueven de manera gradual a lo largo de este proceso son llevados al
interior de la mitocondria con ayuda de las moléculas de transporte, el NADH y el FADH2.
Los electrones proporcionan la energía que se usa para mover protones,
los cuales crean un gradiente que siempre busca el equilibrio.
Y mientras tanto, los electrones que sobran
se enganchan a moléculas de oxígeno para generar agua.
El movimiento de los protones hacia la matriz de la mitocondria impulsa
a la ATP Sintasa, la cual genera un montón de ATP.
Y todo este ATP se utiliza para hacer funcionar todos
los procesos y reacciones de nuestras células.
Y lo más impresionante es que todo esto no solo ocurre de manera constante,
sino también super super super rápida.
Claro, es algo lenta cuando lo comparas a las reacciones de una fogata o con una explosión,
pero es muy rápida a una escala humana.
Todas las reacciones que expliqué a lo largo de todo este episodio ocurren en un parpadeo.
Cada segundo, en una célula, se generan alrededor de 10 millones de moléculas de ATP.
La respiración celular, como todo proceso celular, es compleja.
Pero es verdaderamente importante.
Genera las moléculas de ATP que se necesitan para que las máquinas
complejas que son nuestros cuerpos tengan la energía para funcionar.
Y para hacerlo, necesitamos a la mitocondria, el motor de la célula.
Sin estos organelos en todas nuestras células, estaríamos en serios problemas.
Así que muchas gracias mitocondria, gracias por
hacer que tengamos suficiente energía para correr y bailar.
En nuestro siguiente episodio, vamos a estudiar una de las reacciones más
importantes que ocurren en el planeta Tierra: la fotosíntesis.
Pero cuando lleguemos a ese río hablaremos de ese puente.
¡Nos vemos pronto!
Esta serie fue producida en colaboración con HHMI BioInteractive.
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Gracias por ver este episodio de Crash Course Biología,
que se hizo con la ayuda de todas estas personas energéticas.
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